Il metodo di estrazione più efficiente per le sostanze botaniche

Siete alla ricerca di un sistema di estrazione potente e affidabile per produrre estratti botanici di alta qualità? Qui potete trovare un confronto tra le tecniche di estrazione più comuni, tra cui l'estrazione a ultrasuoni, l'estrazione con CO2 supercritica, l'estrazione con etanolo, la macerazione e altre, con i relativi vantaggi e svantaggi.

Estrazione botanica con ultrasuoni e tecniche alternative

L'estrazione di sostanze botaniche può essere effettuata con diverse tecniche. Tuttavia, l'efficienza, la resa e la qualità dell'estratto sono fortemente influenzate dal metodo e dal protocollo di estrazione utilizzati. La macerazione, l'estrazione con CO2 supercritica, la percolazione e l'estrazione Soxhlet sono metodi di estrazione comuni, che spesso danno risultati insufficienti.
L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica di isolamento sofisticata, che supera i metodi di estrazione tradizionali in diversi punti.
L'estrazione con sonda a ultrasuoni è un metodo molto efficace per estrarre composti dalle piante e da altri materiali. Rispetto ad altri metodi come la macerazione, l'estrazione con CO2, la percolazione e l'estrazione a microonde, l'estrazione con sonda a ultrasuoni eccelle grazie a diversi vantaggi:

• Estrazione più rapida: L'estrazione con sonda a ultrasuoni può estrarre i composti molto più velocemente rispetto alla macerazione e alla percolazione. Questo perché le onde ultrasoniche creano bolle di cavitazione nel solvente, che creano micro-shock che aiutano a rompere le pareti cellulari e a rilasciare i composti più rapidamente.
• Rendimento più elevato: L'estrazione con sonda a ultrasuoni può estrarre una maggiore quantità di composti rispetto alla macerazione, all'estrazione con CO2 e alla percolazione. Questo perché le onde ultrasoniche aiutano a rilasciare una quantità maggiore di composti target dal materiale da estrarre.
• Più efficiente: L'estrazione con sonda a ultrasuoni è più efficiente rispetto alla macerazione, all'estrazione con CO2, alla percolazione e agli estrattori Soxhlet, in quanto richiede meno solvente per estrarre la stessa quantità di composti. Questo perché le onde ultrasoniche contribuiscono ad aumentare la solubilità dei composti target nel solvente.
• Versatilità: L'estrazione con sonda a ultrasuoni può essere utilizzata per estrarre un'ampia gamma di composti da vari materiali, compresi quelli idrofili e idrofobici. Ciò significa che gli ultrasuoni sono eccellenti anche per la produzione di estratti a spettro completo.
• Costo ridotto: L'estrazione con sonda a ultrasuoni è generalmente meno costosa dell'estrazione con CO2, della percolazione, della macerazione e dell'estrazione Soxhlet, in quanto non richiede attrezzature ad alta pressione o manodopera che richiede molto tempo.
• Rispettoso dell'ambiente: Le sonde a ultrasuoni consentono un'estrazione rispettosa dell'ambiente, poiché richiedono meno solventi ed energia rispetto ad altri metodi e producono meno rifiuti. Sebbene la sonicazione sia compatibile con qualsiasi solvente, grazie all'elevata efficienza degli ultrasuonatori è possibile evitare soprattutto i solventi tossici. L'etanolo, l'etanolo acquoso e l'acqua sono solventi eccellenti per l'estrazione botanica a ultrasuoni.

Rispetto alle tradizionali tecniche di estrazione botanica, l'estrazione con sonda a ultrasuoni offre vantaggi significativi, il che spiega l'ampio uso dell'estrazione a ultrasuoni per numerosi composti bioattivi dalle piante.

Estrazione di estratti di alta qualità da prodotti botanici

Per ottenere estratti botanici di alta qualità è essenziale non solo la materia prima (materiale vegetale), ma anche la tecnica di estrazione applicata. Gli estratti vegetali sono sensibili alla temperatura, il che significa che vengono degradati dal calore. È quindi fondamentale scegliere un metodo di estrazione non termico.
La scelta del solvente di estrazione è un altro fattore importante che influenza la qualità dell'estratto. Solventi come esano, metanolo, butano e altre sostanze chimiche aggressive possono contaminare l'estratto. Anche se i solventi vengono rimossi dopo l'estrazione, nell'estratto finale si possono trovare tracce di solventi tossici. L'acqua, l'alcol, l'etanolo, la glicerina o gli oli vegetali sono solventi sicuri, non tossici e approvati dalla FDA per il consumo.

Protocollo passo-passo di estrazione botanica con sonda a ultrasuoni

Come si estraggono i composti bioattivi dalle piante utilizzando gli ultrasuoni a sonda? Di seguito sono riportate le istruzioni passo-passo per l'estrazione di sostanze fitochimiche e composti bioattivi da materiale vegetale come foglie, petali, corpi fruttiferi, steli, radici o rizomi!

1. In primo luogo, il materiale vegetale viene macinato o sminuzzato in piccoli pezzi per aumentare la superficie di estrazione.
2. Il materiale vegetale viene quindi mescolato con un solvente (come etanolo o acqua) per estrarre i polifenoli.
3. L'ultrasuono a sonda viene quindi utilizzato per favorire il processo di estrazione, applicando alla miscela onde ultrasonore ad alta intensità e bassa frequenza, a circa 20 kHz. Ciò provoca una cavitazione acustica e una rapida vibrazione del solvente, che favorisce la disintegrazione e la rottura delle cellule vegetali e il rilascio di sostanze bioattive come polifenoli, flavonoidi e vitamine.
4. La miscela viene poi filtrata per separare il materiale vegetale solido dal liquido contenente i composti bioattivi estratti.
5. Il liquido viene quindi evaporato o sottoposto a ulteriori trattamenti per rimuovere il solvente e concentrare le molecole bioattive.
6. Il prodotto finale è un estratto ricco di bioattivi che può essere utilizzato in varie applicazioni, come integratori alimentari, alimenti funzionali e cosmetici.

Nota: questa è una panoramica del processo e le condizioni specifiche (solvente, rapporto tra materiale vegetale e solvente, tempo di estrazione, potenza degli ultrasuoni, ecc.) possono variare a seconda della fonte vegetale e del contenuto di sostanze bioattive desiderato.

Come funziona l'estrazione a ultrasuoni?

L'estrazione a ultrasuoni si basa sul principio di funzionamento della cavitazione acustica a ultrasuoni ed è un trattamento puramente meccanico. Simile a un miscelatore ad alto taglio, un ultrasuonatore crea solo forze di taglio meccaniche nel mezzo di processo. L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica di estrazione non termica e priva di sostanze chimiche.
Che cos'è la cavitazione acustica? – La cavitazione acustica o ultrasonica si verifica quando onde di ultrasuoni ad alta potenza e bassa frequenza vengono accoppiate a un impasto costituito da materiale botanico in un liquido (solvente). Le onde ultrasoniche ad alta potenza vengono accoppiate al liquame botanico tramite un processore ad ultrasuoni a sonda. Le onde ultrasonore altamente energetiche attraversano il liquido creando cicli alternati di alta e bassa pressione, che danno luogo al fenomeno della cavitazione acustica. La cavitazione acustica o ultrasonica porta localmente a condizioni estreme, come differenziali di pressione molto elevati e forze di taglio elevate. Quando le bolle di cavitazione implodono sulla superficie dei solidi (come particelle, cellule vegetali, tessuti, ecc.), i microgetti e la collisione interparticellare generano effetti come la disgregazione delle particelle, la sonoporazione (la perforazione delle pareti e delle membrane cellulari) e la rottura delle cellule. Inoltre, l'implosione delle bolle di cavitazione nei mezzi liquidi crea turbolenze e agitazione, favorendo il trasferimento di massa tra l'interno della cellula e il solvente circostante. L'irradiazione a ultrasuoni è un modo molto efficiente per migliorare i processi di trasferimento di massa, poiché la sonicazione provoca la cavitazione e i meccanismi correlati, come il micromovimento da parte di getti di liquido, la compressione e la decompressione nel materiale con la conseguente rottura delle pareti cellulari.
A seconda della materia prima, il processo di estrazione a ultrasuoni può richiedere intensità elevate, ad esempio per rompere le cellule vegetali rigide o il materiale con un'elevata quantità di cellulosa. Gli ultrasuoni a sonda possono generare ampiezze molto elevate, necessarie per generare una cavitazione d'impatto. Hielscher Ultrasonic produce estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni, che possono facilmente creare ampiezze di 200 µm in funzionamento continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora maggiori, Hielscher offre sonotrodi (sonde) specifici ad alta ampiezza.
Per intensificare la cavitazione si utilizzano reattori a ultrasuoni e celle di flusso pressurizzati. Con l'aumento delle pressioni, la cavitazione e le forze di taglio cavitazionali diventano più distruttive e migliorano quindi gli effetti dell'estrazione a ultrasuoni.

Estrazione di sostanze fitochimiche e composti bioattivi con la sonicazione

L'estrazione a ultrasuoni viene utilizzata per rilasciare e isolare un'ampia varietà di composti bioattivi (i cosiddetti fitochimici) dalle piante.
L'elenco che segue offre una piccola panoramica dei fitofarmaci estratti a ultrasuoni:

• CBD e altri cannabinoidi da cannabis e canapa
• Terpeni
• zenzero
• Rosmarino
• Capsaicina dai peperoncini
• Caffeina dai chicchi di caffè
• Astaxantina dalle alghe
• Allicina dall'aglio
• Catechine (EGEC) dal tè
• propoli
• Ellagitannini dal melograno
• Estratti di erbe ayurvediche
• Nicotina dal tabacco
• Oli essenziali
• Sostanze fitochimiche dell'ortica
• Pectine dalle bucce degli agrumi
• Polifenoli dalla buccia di mango
• Taraxacina e taraxasterolo dal tarassaco

Solventi per l'estrazione a ultrasuoni

L'estrazione a ultrasuoni è compatibile con quasi tutti i solventi. Più comunemente, per l'estrazione di composti bioattivi dalle piante si utilizzano etanolo, acqua, miscele etanolo/acqua, glicerina e oli vegetali, poiché questi solventi sono considerati sicuri per il consumo e facili da usare.
Per saperne di più sui solventi utilizzati per l'estrazione a ultrasuoni!

I vantaggi dell'estrazione di etanolo a ultrasuoni

L'etanolo è uno dei solventi più comunemente utilizzati per l'estrazione a ultrasuoni grazie alla sua sicurezza (approvato dalla FDA per il consumo), alla sua efficacia e alla sua ampia solvibilità. L'estrazione a ultrasuoni dell'etanolo supera altri solventi e altre tecnologie di estrazione grazie all'efficienza dei costi, alla scalabilità lineare, alla semplicità e alla sicurezza.
L'efficacia superiore dell'etanolo come solvente è legata alla sua composizione chimica di una coda di idrocarburi e un singolo gruppo ossidrilico. Questa composizione chimica permette all'etanolo di sciogliere ed estrarre un ampio spettro di sostanze, dai polifenoli, ai flavonoidi, ai terpeni, ai cannabinoidi e ai lipidi (oli).
Ad esempio, l'estrazione di cannabinoidi con etanolo a ultrasuoni non richiede la sverniciatura (deceratura), una fase necessaria con altri metodi di estrazione come l'estrazione con CO2 per rimuovere le cere.

L'estrazione con etanolo ha effetti diversi a seconda della temperatura dell'etanolo. L'etanolo riscaldato viene spesso utilizzato per produrre estratti a spettro completo, apprezzati per il loro effetto di accompagnamento. D'altra parte, l'etanolo ghiacciato è preferibilmente utilizzato per produrre distillati di erbe o di cannabis. L'estrazione in etanolo freddo non richiede una successiva filtrazione. Poiché l'estrazione a ultrasuoni è un trattamento non termico, può essere utilizzata con etanolo caldo/caldo o raffreddato/ghiacciato. I reattori a ultrasuoni rivestiti aiutano a mantenere la temperatura di lavorazione desiderata durante il trattamento. Il controllo digitale e il software intelligente dell'ultrasuonatore monitorano la temperatura di lavorazione tramite sensori di temperatura collegabili e possono essere programmati per interrompere o sospendere il trattamento di estrazione quando la temperatura del mezzo esce da un determinato intervallo.

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I sistemi di estrazione ad alte prestazioni di Hielscher Ultrasonics sono disponibili su qualsiasi scala, dal piccolo laboratorio, alla scala pilota di medie dimensioni, fino alla produzione completamente industriale di diverse tonnellate all'ora. A seconda della portata, gli estrattori a ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati in modalità batch o continua in linea. La scelta del solvente è libera, poiché gli estrattori a ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati in combinazione con qualsiasi solvente. Tutti i dispositivi di estrazione a ultrasuoni sono semplici e sicuri da utilizzare. In base alla materia prima, alle capacità di processo e all'obiettivo di produzione, Hielscher offre l'ultrasuonatore più adatto.
I processi di estrazione a ultrasuoni sono influenzati dalla materia prima, dal solvente e dalla produzione. Sono disponibili vari accessori come sonotrodi (sonde) di varie dimensioni e forme, trombe di spinta, celle di flusso con vari volumi e geometrie, sensori di temperatura e pressione collegabili e molti altri gadget per assemblare il setup ultrasonico ideale per il vostro processo di estrazione.
Il controllo del processo è fondamentale per ottenere risultati riproducibili. Pertanto, tutti i modelli digitali sono dotati di un software intelligente che consente di regolare, monitorare e rivedere i parametri di estrazione. Grazie al controllo preciso dell'ampiezza, del tempo di sonicazione e dei cicli di lavoro, è possibile ottenere risultati di processo ottimali, come una resa superiore e la massima qualità dell'estratto. La registrazione automatica dei dati del processo di sonicazione è la base per la standardizzazione del processo e la riproducibilità/ripetibilità, richieste dalle buone pratiche di fabbricazione (GMP).

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:

Letteratura / Riferimenti